Stuttgart
18 okt. 2012
5 minuten
De laser heeft in de industrie een enorme vlucht genomen. Was begin jaren negentig lasersnijden nog redelijk bijzonder, vandaag de dag kom je de technologie praktisch in alle plaatwerkbedrijven tegen. Mede met dank aan de alsmaar dalende prijzen. Houdt deze trend aan, samen met een alsmaar hogere betrouwbaarheid? Peter Leibinger, bij Trumpf verantwoordelijk voor de laserbusiness, zette zijn visie onlangs uiteen.
De vraag die Peter Leibinger wil beantwoorden, is of de laserindustrie op een keerpunt staat. Of de trends van de voorbije decennia, aanhouden. Bijvoorbeeld de enorme kostendalingen per watt vermogen. Ter vergelijking: zes jaar geleden kostte bij Trumpf een 4 kW schijflaser 625.000 euro. Tegenwoordig minder dan 225.000 euro. De verwachting is dat tegen 2015 kosten per watt laservermogen nog zo’n 30 procent verder in prijs dalen. Na de halvering die al achter de rug is. Miniaturisering, integratie van de dioden en schaalvoordelen hebben tot nog toe voor de prijsdalingen gezorgd. Het effect op de eindprijs van de laserbron zal beperkter zijn, omdat de pomp inmiddels nog maar 38 procent van de totale eindprijs uitmaakt.
‘De eindprijs van lasers zal niet zo sterk blijven dalen’, verwacht Peter Leibinger. Hij denkt wel dat Trumpf nog meer gaat profiteren van de keuze voor verticale integratie. ‘Er zullen vier tot vijf producenten van laserbronnen overblijven, omdat je straks jaarlijks 10 megawatt aan laservermogen moet produceren om dat economisch te kunnen blijven doen.’
50.000 levensuren niet zinvol
Tegelijk met de dalende prijzen is de levensduur van de laserbron toegenomen. Uit het verhaal van de Trumpf topman blijkt dit ingrijpender voor de industrie te zijn geweest dat menigeen wellicht denkt. ‘Tien jaar geleden was ons business model het vervangen van dioden. Dat bepaalde twee derde van onze business. De vervangingsmarkt was attractief, maar de markt wilde het anders.’ Tegenwoordig is een levensduur van 35.000 uren niet ongebruikelijk. Sommige fabrikanten geven zelfs een garantie af voor 100.000 uren. Peter Leibinger neemt dat soort garanties niet serieus. ‘Zo’n levensduur kunnen we niet eens testen.’ Bovendien: 35.000 uren staan gelijk aan 7 jaar dienst doen in een 3 ploegen dienst. ‘De diode is niet langer een slijtdeel. De diode houdt het langer vol dan andere componenten van de laser. De klant heeft er niks aan als we dioden ontwikkelen met een levensduur van 50.000 uur.’
Nog hogere vermogens?
Als je terugkijkt naar de ontwikkeling van laserbronnen, is de derde opvallende trend de toename van de vermogens. In 2000 haalde Trumpf uit de eerste schijflasers 300 watt per caviteit (resonator met een eigen kristalplaat). Nu ligt dit op 6 kW. De markt stuurt de onderzoekers echter vooral in de verdere ontwikkeling van de ultrakorte puls lasers. In de laboratoria van Trumpf haalt men al 700 watt uit een groene laser. ‘Hier staan we nog maar aan het begin’, meent Leibinger. Hij is overtuigd dat de diodelaser geschikt kan worden gemaakt voor snijden en lassen als men erin slaagt om de straalkwaliteit verder te verbeteren. ‘In de nabije toekomst zullen we veel meer gaan lassen met de diodelaser.’
Of de diodedirectlaser – door sommigen de heilige graal genoemd omdat de laserbron geen extra medium nodig heeft – ooit een mainstream laserbron wordt, durft Leibinger niet te voorspellen. Dat de ultrakorte pulslasers perspectief hebben, staat voor hem buiten kijf. Maar er moet nog veel werk worden verzet voordat deze lasertechnologie industrierijp is en voldoende vermogens aflevert. Dan is er tot slot nog de efficiencytrend. De kritiek op de oudere generatie CO2-lasers was vaak dat ze lage rendementen toonde. De nieuwe generatie diodelaser zit al op een energie-efficiency van 40 procent, de nieuwe schijflasers halen makkelijk 30 procent. ‘Hier zitten we tegen de fysieke grenzen aan’, meent de lasertopman van Trumpf. ‘Nog enkele procenten rendementswinst zijn haalbaar, meer niet.’
Nieuwe domeinen
Peter Leibinger denkt dat de kosten weliswaar nog verder dalen, maar aanzienlijk langzamer dan we gewend zijn. Een nog langere levensduur is weinig zinvol. En aan de vermogensontwikkeling komt een einde. ‘We komen op het punt van verzadiging.’ Want wie heeft nog sterkere laserbronnen nodig? En qua efficiency is geen wezenlijke vooruitgang meer te verwachten. Zitten we op een keerpunt? ‘Jein’, vat de laserexpert het antwoord samen. De snelheid in de ontwikkelingen zal minder hoog liggen dan de voorbije tien jaren.
Trumpf denkt echter dat men heel nieuwe domeinen kan gaan ontwikkelen met toekomstige generaties laserbronnen. Binnen tien jaar zullen er industrierijpe multi kilowatt femto- en picoseconden lasers zijn, waarmee je heel nieuwe materialen kunt gaan bewerken. ‘Dan zitten we weer in een nieuw businessveld, net zoals begin jaren tachtig toen we met de eerste lasersnijders op de markt kwamen.’ Voor de huidige toepassingen voorziet hij verschuivingen., Bij het snijden zal de vaste stof laser naar een marktaandeel van 30 tot 50 procent groeien. De schijflaser zal het werkpaard worden voor lasersnijden. De vermogens zullen hier doorgroeien naar 8 kW, wat volgens Leibinger de zinvolle grens is. Voor snijden zal uiteindelijk de diodedirect-laser de geschikte oplossing zijn, ofschoon niemand op dit moment de technologie klaar heeft. En markeren blijft het domein van de fiberlaser. Kortom: ja, de lasermarkt staat op een keerpunt in de ontwikkeling. Maar qua toepassingsdomeinen in de industrie is de groei er nog lang niet uit.
Schroot selecteren
De markt voor laserbronnen is jaarlijks goed voor bijna 2 miljard euro omzet. Professor Reinhart Poprawe (foto) van het Fraunhofer ILT verwacht een verschuiving van de klassieke gas en vaste stof laserbronnen naar de diodelaser Hij ziet veel meer toepassingen voor lasertechnologie dan het huidige snijden en lassen. Bijvoorbeeld selective laser etching: zeer precies etsen, bijvoorbeeld een tandwiel met cilinder met een 1 micron lange as. Het Fraunhofer ILT zet de laser zelfs in bij het scheiden van aluminiumschroot. Momenteel wordt een pilotplant in Duitsland gebouwd. De schrootdelen komen uit een shredder, dan wordt het contour gedetecteerd waarna het stukje aluminium door de laser wordt belicht. Met emissiespectroscopie wordt razendsnel het plasma dat ontstaat geanalyseerd. ‘Dit plasma is een zeer precieze vingerafdruk van het materiaal’, legt Poprawe uit. Dankzij deze analyse is bekend welke legering het is en die wordt met perslucht gesorteerd.’ Het foutpercentage ligt momenteel onder de 1 procent. Fraunhofer ILT werkt in deze ontwikkeling samen met de Duitse recycler Titech.
Trumpf op EroBlech, hal 11, stand B30/1-3 en hal 11, stand B6
Fraunhofer ILT op EuroBlech, hal 11, stand B06